본 연구에서는 8W LED 방열 효율 개선과 경량화를 위한 방열재료를 검토하고, LED 방열판에 적합한지 확인하고자 한다. 방열설계에 앞서 열전도성 고분자 소재의 재료적인 특성을 파악하고자 한다. 방열판으로 사용하는 소재는 열전도성 고분자 소재인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)로 ...
본 연구에서는 8W LED 방열 효율 개선과 경량화를 위한 방열재료를 검토하고, LED 방열판에 적합한지 확인하고자 한다. 방열설계에 앞서 열전도성 고분자 소재의 재료적인 특성을 파악하고자 한다. 방열판으로 사용하는 소재는 열전도성 고분자 소재인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)로 필러의 함량에 따른 재료 분석과 이를 토대로 Heat Sink 방열설계를 실시하였다.
1. 재료특성 분석 실험은 성형성, 필러의 함량, 필러의 성분, 필러의 계면 및 분산도를 확인 하였으며, 필러의 함량과 온도에 따른 열전도도를 비교 분석하였다. 먼저 DSC측정으로 소재의 녹는점 (247℃, 253℃)을 확인하였다. 두 번째로 TGA 분석으로 필러의 함량 62.8%, 51.9%을 확인하였으며, 세 번째로 EDS장비를 이용하여 필러의 성분을 분석한 결과 A샘플은 73.93%의 카본필러가 주요 성분이며, B샘플은 61.46%의 카본필러와 10.73%의 무기물들의 필러로 구성되어 있다. 마지막으로 열전도성 필러의 함량에 따른 열전도도를 비교한 결과 필러의 함량이 높을수록 열전도도는 10.1W/m?k와 21W/m?k로 높아졌다. 또한 온도에 따른 열전도도 변화를 확인한 결과 온도가 높아질수록 열전도도는 A시편 10.1W/m?k, 9.8W/m?k, 9.1W/m?k, B시편 21W/m?k, 19.5W/m?k, 19.1W/m?k로 낮아지는 현상을 확인하였다.
2. 열전도성 고분자 소재의 재료 특성을 바탕으로 8W급 COB의 Solid Works Flow Simulation을 실시하였다. 시뮬레이션 결과로 Al은 PET보다 우수한 방열성능을 나타냈으며, 최고온도 차이는 7.6℃ 높았고 최저온도 차이는 7.8℃ 낮았다. 방열판으로 제작하여 실험한 결과 최고온도 차이는 4.1℃ 높았고 최저온도 차이는 3.9℃ 낮았다. 이러한 결과 Al방열판은 PET방열판보다 접합온도에서 발생하는 열이 분산이 잘 되어 열응집 현상이 적어 방열성능이 좋은 것을 확인하였으며, Al과 PET 재질에 따른 밀도 차이에 의해 PET방열판의 무게가 알루미늄보다 46.9% 감소하였다. 또한 방열판을 재작하여 직접 측정한 결과 시뮬레이션 결과와 평균 2.3℃의 오차 범위를 나타내어 타당성 있는 시뮬레이션이 진행되었음을 입증하였다.
결론적으로 열전도성 고분자의 방열성능은 Al재질과 비교하여 낮지만 가공성이 좋고 비중이 낮아 경량화가 가능하며, 다양한 디자인이 가능할 것으로 사료된다. 따라서 제품의 경량화와 성능을 고려하여 적용해야 할 것이다.
본 연구에서는 8W LED 방열 효율 개선과 경량화를 위한 방열재료를 검토하고, LED 방열판에 적합한지 확인하고자 한다. 방열설계에 앞서 열전도성 고분자 소재의 재료적인 특성을 파악하고자 한다. 방열판으로 사용하는 소재는 열전도성 고분자 소재인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)로 필러의 함량에 따른 재료 분석과 이를 토대로 Heat Sink 방열설계를 실시하였다.
1. 재료특성 분석 실험은 성형성, 필러의 함량, 필러의 성분, 필러의 계면 및 분산도를 확인 하였으며, 필러의 함량과 온도에 따른 열전도도를 비교 분석하였다. 먼저 DSC측정으로 소재의 녹는점 (247℃, 253℃)을 확인하였다. 두 번째로 TGA 분석으로 필러의 함량 62.8%, 51.9%을 확인하였으며, 세 번째로 EDS장비를 이용하여 필러의 성분을 분석한 결과 A샘플은 73.93%의 카본필러가 주요 성분이며, B샘플은 61.46%의 카본필러와 10.73%의 무기물들의 필러로 구성되어 있다. 마지막으로 열전도성 필러의 함량에 따른 열전도도를 비교한 결과 필러의 함량이 높을수록 열전도도는 10.1W/m?k와 21W/m?k로 높아졌다. 또한 온도에 따른 열전도도 변화를 확인한 결과 온도가 높아질수록 열전도도는 A시편 10.1W/m?k, 9.8W/m?k, 9.1W/m?k, B시편 21W/m?k, 19.5W/m?k, 19.1W/m?k로 낮아지는 현상을 확인하였다.
2. 열전도성 고분자 소재의 재료 특성을 바탕으로 8W급 COB의 Solid Works Flow Simulation을 실시하였다. 시뮬레이션 결과로 Al은 PET보다 우수한 방열성능을 나타냈으며, 최고온도 차이는 7.6℃ 높았고 최저온도 차이는 7.8℃ 낮았다. 방열판으로 제작하여 실험한 결과 최고온도 차이는 4.1℃ 높았고 최저온도 차이는 3.9℃ 낮았다. 이러한 결과 Al방열판은 PET방열판보다 접합온도에서 발생하는 열이 분산이 잘 되어 열응집 현상이 적어 방열성능이 좋은 것을 확인하였으며, Al과 PET 재질에 따른 밀도 차이에 의해 PET방열판의 무게가 알루미늄보다 46.9% 감소하였다. 또한 방열판을 재작하여 직접 측정한 결과 시뮬레이션 결과와 평균 2.3℃의 오차 범위를 나타내어 타당성 있는 시뮬레이션이 진행되었음을 입증하였다.
결론적으로 열전도성 고분자의 방열성능은 Al재질과 비교하여 낮지만 가공성이 좋고 비중이 낮아 경량화가 가능하며, 다양한 디자인이 가능할 것으로 사료된다. 따라서 제품의 경량화와 성능을 고려하여 적용해야 할 것이다.
The purpose of this study is examining thermal dissipation materials for the lighting and radiate efficiency improvement of 8W LED and confirming the properness of the thermal dissipation materials for LED heat-sink. The material characteristics of thermal-conductive polymer material is verified be...
The purpose of this study is examining thermal dissipation materials for the lighting and radiate efficiency improvement of 8W LED and confirming the properness of the thermal dissipation materials for LED heat-sink. The material characteristics of thermal-conductive polymer material is verified before the thermal dissipation design. The material to be used on heat-sink is PET (polyethylene terephthalate), which is thermal-conductive polymer material. Heat-sink thermal dissipation design was done based on material analysis dependent on filler content.
1. Formability, filler content, filler ingredient, filler interface and dispersion degree were verified by material characteristic analysis tests. Thermal conductivity dependent on filler content and temperature was compared and analyzed. The melting points (247℃, 253℃) were confirmed first by DSC measurement. Next, filler contents (62.8%, 51.9%) were confirmed by TGA analysis. Thirdly, filler ingredient was analyzed by EDS device. The result was that 73.93% carbon filler is the major ingredient of Sample A; while 61.46% carbon filler and 10.73% inorganic substance filler are the ingredients of Sample B. As last, thermal conductivity dependent on thermal-conductive filler content was compared. The result was that thermal conductivity increased (10.1W/mk, 21W/mk) as filler content increased. The change in thermal conductivity dependent on temperature was verified. The result was that the thermal conductivity of Sample A decreased (10.1W/mk, 9.8W/mk, 9.1W/mk) and the thermal conductivity of Sample B also decreased (21W/mk, 19.5W/mk, 19.1W/mk) as temperature increased.
2. Solid Works flow simulation on 8W COB was done based on the material characteristics of thermal-conductive polymer materials. According to the result of simulation, Al had better thermal dissipation performance than PET. Highest temperature was 7.6℃ higher; while lowest temperature was 7.8℃ lower. According to the tests on the heat-sinks made by the materials, highest temperature was 4.1℃ higher and lowest temperature was 3.9℃ lower. It was possible to confirm that Al heat-sink has better cooling efficiency because it has better dispersion of heat generated at junction temperature and less heat cohesion. The weight of PET heat-sink was less than Al heat-sink by 46.9% due to the density difference between Al and PET. According to the result of direct measurement on the heat-sinks made of Al and PET, the error range against simulation result was average 2.3℃. It proved that the simulation was valid.
In conclusion, the thermal dissipation performance of thermal-conductive polymer is poorer than Al material however, it is possible to lighten heat-sink because thermal-conductive polymer has better formability, has lower specific weight and enables various design options. Therefore, thermal-conductive polymer would be used on LED heat-sink by considering both performance and lighting of the product.
The purpose of this study is examining thermal dissipation materials for the lighting and radiate efficiency improvement of 8W LED and confirming the properness of the thermal dissipation materials for LED heat-sink. The material characteristics of thermal-conductive polymer material is verified before the thermal dissipation design. The material to be used on heat-sink is PET (polyethylene terephthalate), which is thermal-conductive polymer material. Heat-sink thermal dissipation design was done based on material analysis dependent on filler content.
1. Formability, filler content, filler ingredient, filler interface and dispersion degree were verified by material characteristic analysis tests. Thermal conductivity dependent on filler content and temperature was compared and analyzed. The melting points (247℃, 253℃) were confirmed first by DSC measurement. Next, filler contents (62.8%, 51.9%) were confirmed by TGA analysis. Thirdly, filler ingredient was analyzed by EDS device. The result was that 73.93% carbon filler is the major ingredient of Sample A; while 61.46% carbon filler and 10.73% inorganic substance filler are the ingredients of Sample B. As last, thermal conductivity dependent on thermal-conductive filler content was compared. The result was that thermal conductivity increased (10.1W/mk, 21W/mk) as filler content increased. The change in thermal conductivity dependent on temperature was verified. The result was that the thermal conductivity of Sample A decreased (10.1W/mk, 9.8W/mk, 9.1W/mk) and the thermal conductivity of Sample B also decreased (21W/mk, 19.5W/mk, 19.1W/mk) as temperature increased.
2. Solid Works flow simulation on 8W COB was done based on the material characteristics of thermal-conductive polymer materials. According to the result of simulation, Al had better thermal dissipation performance than PET. Highest temperature was 7.6℃ higher; while lowest temperature was 7.8℃ lower. According to the tests on the heat-sinks made by the materials, highest temperature was 4.1℃ higher and lowest temperature was 3.9℃ lower. It was possible to confirm that Al heat-sink has better cooling efficiency because it has better dispersion of heat generated at junction temperature and less heat cohesion. The weight of PET heat-sink was less than Al heat-sink by 46.9% due to the density difference between Al and PET. According to the result of direct measurement on the heat-sinks made of Al and PET, the error range against simulation result was average 2.3℃. It proved that the simulation was valid.
In conclusion, the thermal dissipation performance of thermal-conductive polymer is poorer than Al material however, it is possible to lighten heat-sink because thermal-conductive polymer has better formability, has lower specific weight and enables various design options. Therefore, thermal-conductive polymer would be used on LED heat-sink by considering both performance and lighting of the product.
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